Занятие Введение в аналитическую химию

Вид материала

Документы

Содержание Ход опыта. Ход опыта. Ход опыта. Ход опыта. Ход опыта. 1. Общие реакции катионов второй группы Ход опыта. Ход опыта. Ход опыта. 2. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Pb Ход опыта Ход опыта. Ход опыта. Ход опыта. 3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Ag Ход опыта. Ход опыта. 4. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Нg Ход опыта. Ход опыта. ... Полное содержание

Подобный материал:

• М. В. Ломоносова = Химическийфакульте т С. С. Бердоносов введение в химию методическое, 1551.63kb.
• М. В. Ломоносова = Химическийфакульте т С. С. Бердоносов введение в химию методическое, 1619.27kb.
• Психоаналитическая литература, список книг по психоанализу, 290.5kb.
• «Введение в ядерную химию», 89.7kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю " " 2011 г. Рабочая программа, 125.38kb.
• Рабочая программа курса «Введение в химию.», 170.33kb.
• План лекций по биоорганической химии для студентов 1 курса специальности «Стоматология», 62.9kb.
• План лекций по биоорганической химии для студентов 1 курса специальности «Лечебное, 69.47kb.
• Занятие 1 «введение в работу клуба», 498.05kb.
• Международное гуманитарное право. Вводное занятие, 62.07kb.

NaCl + K[Sb(OH)₆]  Na[Sb(OH)₆] + НС1

Концентрация раствора соли натрия должна быть достаточной, поэтому разбавленные растворы упаривают. Реакцию надо вести на холоде.

Среда раствора должна быть нейтральной или слабощелочной. Кислоты разлагают гексагидроксоантимонат калия с образованием белого амфорного осадка метасурьмяной кислоты HSbО₃:

K[Sb(OH)₆] + НС1  HSbО₄ + КС1 + H₂О,

поэтому появление амфорного осадка еще не говорит о присутствии катионов Na⁺ в растворе.

В щелочной среде осадок Na[Sb(OH)₆] будет растворяться с образованием Na₃SbО₄.

Проведению реакции мешают NH₄⁺ и Mg²⁺.

ХОД ОПЫТА. Возьмите 5-6 капель раствора соли натрия, прибавьте такой же объем раствора гексагидроксоантимоната калия и потрите о стенки стеклянной палочкой. Выпадет белый кристаллический осадок гексагидроксоантимоната натрия. Убедитесь, что осадок кристаллический.

РЕАКЦИЯ 2.2. ЦИНКУРАНИЛАЦЕТАТ Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ образует с ратворами солей натрия в слабоуксуснокислой среде зеленовато-жёлтый кристаллический осадок натрий-цинкуранилацетата:

NaCl + Zn(UO₂)₃(CH₃COO)₈ + CH₃COOН + 9H₂O 

 NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉9H₂O + HCl.

Осадок растворим в избытке воды, щелочах, кислотах; осадок флюоресцирует в УФ-свете ярким жёлто-зелёным светом.

Проведению реакции мешают ионы NH₄⁺ и Mg²⁺, но для их осаждения необходима более высокая концентрация, поэтому исключить мешающее влияние можно, разбавив раствор водой.

ХОД ОПЫТА. 1 мл раствора натрия хлорида подкисляют разведённой кислотой уксусной и прибавляют 0,5 мл раствора цинкуранилацетата – выпадает кристаллический осадок зеленовато-жёлтого цвета.

РЕАКЦИЯ 2.3. ПРОБА НА ПЛАМЯ. Соль натрия, внесённая в бесцветное пламя, окрашивает его в жёлтый цвет.

ХОД ОПЫТА. На предварительно прокалённой графитовой палочке в бесцветное пламя горелки вносят раствор соли натрия. Пламя окрашивается в жёлтый цвет.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона Na⁺ по вышеприведённым реакциям.


3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА NH₄⁺.

РЕАКЦИЯ 3.1. ЩЕЛОЧИ разлагают при нагревании соли аммония с выделением газообразного аммиака:

NH₄Cl + NaOH  NН₃ + NaCl + H₂O.

Реакцию следует проводить при рН>9. Выделяющийся аммиак определяют по запаху или по окрашиванию красной влажной лакмусовой бумаги в синий цвет. При этом нужно держать бумажку, не касаясь стенок пробирки. Кроме того, при поднесении к пробирке стеклянной палочки, смоченной кислотой хлороводородной концентрированной, образуется белый дым (NH₄Cl).

Реакция позволяет определять NH₄⁺ в присутствии всех катионов.

ХОД ОПЫТА. На часовое стекло помещают 3-5 капель раствора соли аммония и 3-5 капель раствора щелочи, слегка нагрейте. Выделяющийся аммиак идентифицируют по запаху. Обнаружить его можно также по посинению влажной красной лакмусовой бумажкой (в пробирке).

РЕАКЦИЯ 3.2. РЕАКТИВ НЕССЛЕРА (раствор K₂[HgI₄] и КОН) образует с катионом NH₄⁺ красно-бурый осадок [I₂Hg₂NH₂]I:


NH₄Cl + 2K₂[HgI₄] + 2КОН   + КС1 + 5KI + 2Н₂О


При выполнении опыта необходимо брать избыток реактива Несслера, так как осадок растворим в солях аммония.

Реакция может использоваться для определения следов ионов аммония. Её проведению мешают Hg²⁺, Sn²⁺, Sb³⁺, разрушающие реактив Несслера, а также Co²⁺ и Ni²⁺, образующие с КОН цветные осадки гидроксидов. В присутствии последних реакцию ведут, добавляя 50% раствор тартрата калия, который образует с этими катионами комплексные соединения.

ХОД ОПЫТА. К капле разбавленного раствора соли аммония на предметном стекле прибавляют 1-2 капли реактива Несслера. Образуется осадок жёлтого, оранжевого или бурого цвета (в зависимости от содержания аммония в растворе).

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона NН₄⁺ по вышеприведённым реакциям.

 Обобщите данные обо всех изученных частных реакциях и сделайте заключение об особенностях анализа катионов первой группы.


4. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ ПЕРВОЙ ГРУППЫ.

ХОД АНАЛИЗА.

Катион NH₄⁺ открывают в первую очередь реакциями 3.2 или 3.1.

Перед открытием катионов К ⁺ и Na⁺ следует удалить (в случае присутствия) катион NH₄⁺ из раствора. Для этого в пробирку отбирают 15-20 капель исследуемого раствора, раствор выпаривают досуха на слабом огне, разбавляют 10 каплями дистиллированной воды и проверяют реактивом Несслера на полноту удаления NH₄⁺. Только после отрицательной реакции на NН₄⁺ приступают к открытию катионов К⁺ и Na⁺.

КАТИОН К⁺ открывают по реакции 1.2 или 1.1.

КАТИОН Na⁺ открывают по реакциям 2.1 или 2.3.


Занятие 3. ВТОРАЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ.

Вопросы для самоподготовки:

1. Применение реакций осаждения в качественном анализе (дробном и систематическом).

2. Произведение растворимости. Ионное произведение. Условия образования осадков.

3. Растворение осадков. Факторы и реагенты, влияющие на растворение осадков.

4. Катионы, входящие в состав второй аналитической группы, групповой реактив.

5. Групповые реакции катионов второй аналитической группы.

6. Частные реакции, используемые для идентификации катионов второй группы.

Реактивы 

-раствор свинца нитрата -кислота хлороводородная разбавленная -кислота азотная концентрированная -раствор серебра нитрата -концентрированный раствор аммиака -раствор ртути (I) нитрата

-раствор калия йодида. -раствор калия хромата -кислота серная разведённая. -раствор натрия гидроксида. -раствор калия бромида -раствор формальдегида

1. ОБЩИЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ВТОРОЙ ГРУППЫ

Ко второй аналитической группе катионов относятся катионы Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺.

Групповым реактивом на катионы этой группы является кислота хлороводородная. Катионы второй группы при взаимодействии с ней образуют труднорастворимые в воде и в разбавленных кислотах осадки.

В кипящей воде растворимость хлорида свинца увеличивается в три раза. Это свойство используется для отделения катиона Pb²⁺.

РЕАКЦИЯ 1.1. СВИНЕЦ под действием кислоты хлороводородной образует белый хлопьевидный осадок:

Pb(NO₃)₂ + 2HCl  PbCl₂ + 2HNO₃

Образовавшийся осадок легко растворяется в горячей воде.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца нитрата и прибавляют 3-5 капель кислоты хлороводородной. Выпадает белый хлопьевидный осадок.

После прибавления 1 мл воды и нагревания на водяной бане осадок растворяется, а после охлаждения раствора – снова выпадает.

РЕАКЦИЯ 1.2. СЕРЕБРО при взаимодействии с кислотой хлороводородной образует белый творожистый осадок:

AgNO₃ + HCl  AgCl + HNO₃

Образовавшийся осадок растворяется от прибавления избытка аммиака:

AgCl + 2NH₃  [Ag(NH₃)₂]Cl

При прибавлении кислоты азотной концентрированной осадок снова выпадает:

[Ag(NH₃)₂]Cl + 2HNO₃  AgCl + 2NH₄NO₃

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 2-3 капли раствора серебра нитрата и прибавляют 2-3 капли кислоты хлороводородной. Выпадает белый творожистый осадок.

К осадку прибавляют 5 капель концентрированного раствора аммиака и встряхивают до растворения осадка. Прибавление 6 капель кислоты азотной концентрированной приводит к повторному образованию осадка.

РЕАКЦИЯ 1.3. РТУТЬ (I) с кислотой хлороводородной образует белый осадок:

Hg₂(NO₃)₂ + 2HCl  Hg₂Cl₂ + 2HNO₃

Образовавшийся осадок чернеет на свету, разлагаясь с выделением металлической ртути:

Hg₂Cl₂  HgCl₂ + Hg

После прибавления раствора аммиака происходит образование аммиаката с последующим разложением и выделением свободной ртути:

Hg₂Cl₂ + 2NH₃  [Hg₂(NH₃)₂]Cl  [Hg(NH₃)₂]Cl + Hg.

ХОД ОПЫТА. К 2-3 каплям раствора ртути (I) нитрата и прибавляют 2-3 капли кислоты хлороводородной разбавленной. Выпадает белый осадок.

К осадку прибавляют 3 капли раствора аммиака. Наблюдают почернение осадка.

 Сделайте вывод об условиях разделения и открытия катионов второй группы по вышеприведённым реакциям.


2. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Pb²⁺.

РЕАКЦИЯ 2.1. КАЛИЯ ЙОДИД KI образует с катионом Pb²⁺ жёлтый осадок, растворяющийся при нагревании и снова выпадающий при охлаждении раствора:

Pb(NO₃)₂ + 2KI  PbI₂ + 2HNO₃.

Следует учитывать, что полученный осадок растворяется в избытке реактива с образование комплексного соединения:

PbI₂ + 2KI  К₂[PbI₄].

Эта реакция – специфичная. Она позволяет открывать катион Pb²⁺ в присутствии катионов других аналитических групп.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца (II) нитрата и прибавляют 3-5 капель раствора калия йодида. Выпадает жёлтый осадок. К раствору с осадком прибавляют 1 мл воды и нагревают на кипящей водяной бане – осадок растворяется, а после охлаждения выпадает вновь, но уже в виде золотистых чешуек (“золотой дождь”).

РЕАКЦИЯ 2.2. КАЛИЯ ХРОМАТ K₂CrO₄ из слабокислого раствора соли свинца (II) выделяет жёлтый осадок свинца (II) хромата, нерастворимый в кислоте уксусной и растворимый в щелочах:

Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄  PbCrO₄ + 2КNO₃.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца (II) нитрата и прибавляют 3-5 капель раствора калия хромата. Выпадает жёлтый осадок.

РЕАКЦИЯ 2.3. КИСЛОТА серная Н₂SO₄ (и растворимые сульфаты) высаживает свинец (II) из раствора в виде сульфата (белый осадок):

Pb(NO₃)₂ + Н₂SO₄  PbSO₄ + 2HNO₃.

Образовавшийся осадок растворяется в едких щелочах с образованием плюмбитов:

PbSO₄ + 4NaOH  Na₂PbO₂ + Na₂SO₄ +2H₂O,

а также в 30% растворе аммония сульфата:

2PbSO₄ + 2CH₃COONH₄  [Pb(CH₃COONH₄)₂PbSO₄] + (NH₄)₂SO₄.

Минеральные кислоты (азотная, хлороводородная) повышают растворимость свинца (II) сульфата.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца (II) нитрата и прибавляют 3-5 капель кислоты серной разведённой. Выпадает белый осадок.

После прибавления избытка раствора щёлочи осадок растворяется.

РЕАКЦИЯ 2.4. ГИДРОКСИДЫ КАЛИЯ И НАТРИЯ KOH, NaOH образуют с растворами солей свинца (II) белый осадок:

Pb(NO₃)₂ + 2NaOH  Pb(OН)₂ + 2NaNO₃.

Осадок растворяется в избытке реактива:

Pb(OН)₂ + 2NaOH  Na₂PbO₂ + 2H₂O,

и в кислотах:

Pb(OН)₂ + 2HNO₃  Pb(NO₃)₂ + 2H₂O.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора свинца (II) нитрата, прибавляют 1-2 капли раствора едкой щёлочи и наблюдают выпадение белого осадка. При прибавлении избытка реактива осадок растворяется.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона Pb²⁺ по вышеприведённым реакциям.


3. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Ag⁺.

РЕАКЦИЯ 3.1. КАЛИЯ ХРОМАТ K₂CrO₄ образует с солями серебра осадок кирпично-красного цвета:

2AgNO₃ + K₂CrO₄  Ag₂CrO₄ + 2КNO₃.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора серебра нитрата и прибавляют 3-5 капель раствора калия хромата. Выпадает кирпично-красный осадок.

РЕАКЦИЯ 3.2. БРОМИДЫ И ЙОДИДЫ образуют при взаимодействии с солями серебра соответственно бледно-жёлтый и жёлтый осадки:

AgNO₃ + KBr  AgBr + KNO₃

AgNO₃ + KI  AgI + KNO₃.

Осадок серебра бромида частично растворяется в избытке раствора аммиака:

AgBr + 2NH₃  [Ag(NH₃)₂]Br,

а вот серебра йодид нерастворим в растворе аммиака и минеральных кислотах, но переводится натрия тиосульфатом в растворимый комплекс:

AgI + Na₂S₂O₃  Na[AgS₂O₃] + NaI.

ХОД ОПЫТА. а) в пробирку помещают 2-3 капли раствора серебра нитрата и прибавляют 2-3 капли раствора калия бромида. Выпадает светло-жёлтый осадок. К осадку прибавляют 5 капель концентрированного раствора аммиака и встряхивают. Наблюдается почти полное растворение осадка.

б) в пробирку помещают 2-3 капли раствора серебра нитрата и прибавляют 2-3 капли раствора калия йодида. Выпадает жёлтый осадок, не растворяющийся в избытке концентрированного раствора аммиака.

РЕАКЦИЯ 3.3. ВОССТАНОВИТЕЛИ (формальдегид, соли олова (II)) легко восстанавливают металлическое серебро из растворов его солей:

AgNO₃ + NH₄OH  [Ag(NH₃)₂]NO₃ + 2H₂O

2[Ag(NH₃)₂]NO₃ + CH₂O + Н₂О  2Ag + HCOONH₄ + 2NH₄NO₃ + NH₃.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора серебра нитрата и прибавляют раствора аммиака до растворения образующегося осадка. К полученному раствору прибавляют раствор формальдегида. На стенках пробирки образуется металлический налёт – “серебряное зеркало”.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона Ag⁺ по вышеприведённым реакциям.


4. ЧАСТНЫЕ РЕАКЦИИ КАТИОНА Нg₂²⁺.

РЕАКЦИЯ 4.1. КАЛИЯ ХРОМАТ K₂CrO₄ образует с солями ртути (I) осадок красно-бурого цвета:

Нg₂(NO₃)₂ + K₂CrO₄  Нg₂CrO₄ + 2КNO₃.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора ртути (I) нитрата, нагревают на водяной бане и прибавляют 3-5 капель раствора калия хромата. Выпадает красно-бурый осадок.

РЕАКЦИЯ 4.2. ВОССТАНОВИТЕЛИ (олово (II), металлическая медь) восстанавливают ртуть из солей до металлической:

Нg₂(NO₃)₂ + Cu  Нg + Cu(NO₃)₂.

ХОД ОПЫТА. На очищенную от окисной плёнки медную пластинку (монету) наносят 1-2 капли раствора ртути (I) нитрата. Через некоторое время на поверхности пластинки образуется серое пятно – металлическая ртуть. После протирания пятна фильтровальной бумагой оно становится серебристо-блестящим.

РЕАКЦИЯ 4.3. ЩЁЛОЧИ (NaOH, KOH, NH₄OH) при взаимодействии с солями ртути (I) образуют чёрный осадок:

Hg₂(NO₃)₂ + 2NaOH  Hg₂O + 2NaNO₃ + H₂O.

ХОД ОПЫТА. К 2-3 каплям раствора ртути (I) нитрата и прибавляют 2-3 капли раствора натрия гидроксида. Выпадает чёрный осадок.

 Сделайте вывод об условиях открытия катиона Hg₂²⁺ по вышеприведённым реакциям.


5. АНАЛИЗ СМЕСИ КАТИОНОВ ВТОРОЙ ГРУППЫ.

ХОД АНАЛИЗА.

К раствору смеси катионов, для выделения из него второй группы, прибавляют полуторный объём раствора кислоты хлороводородной с концентрацией 2 моль/л. Через 1-2 минуты образовавшийся осадок центрифугируют (фильтруют), промывают холодной водой, подкисленной раствором кислоты хлороводородной.

Осадок обрабатывают горячей (кипящей) водой: хлорид свинца переходит в раствор, а хлориды серебра и ртути остаются в осадке. Раствор центрифугируют.

Катион Pb²⁺ открывают в центрифугате реакциями 2.1 или 2.3.

Для анализа осадка к нему прибавляют концентрированный раствор аммиака. Серебра хлорид переходит в раствор.

КАТИОН Hg₂²⁺ открывают по реакции 4.3 или (в исходном растворе) 4.2.

При наличии в пробе серебра прибавление к раствору кислоты азотной вызывает образование белого творожистого осадка.

КАТИОН Ag⁺ открывают по реакциям 3.2 или 3.3.

Занятие 4. ТРЕТЬЯ АНАЛИТИЧЕСКАЯ ГРУППА КАТИОНОВ.

Вопросы для самоподготовки:

1. Перевод одних малорастворимых веществ в другие. Обратимость процесса.

2. Катионы, входящие в состав третьей аналитической группы, их свойства.

3. Групповой реактив на катионы третьей группы, химизм протекающих реакций.

4. Органические реагенты, применяемые в качественном химическом анализе. Основные принципы, лежащие в основе использования этих реагентов.

5. Частные реакции, используемые для идентификации катионов третьей группы.

6. Факторы, влияющие на осаждение веществ из раствора (соосаждение, рН, ионная сила раствора, замена растворителя).

Реактивы 

-раствор бария нитрата -раствор кислоты серной -раствор стронция нитрата -раствор кальция хлорида -раствор натрия карбоната -раствор родизоната натрия.

-раствор кислоты хлороводородной. -раствор кислоты азотной -раствор кислоты уксусной. -раствор калия хромата -раствор натрия гидроксида -раствор аммония оксалата

1. ОБЩИЕ РЕАКЦИИ КАТИОНОВ ТРЕТЬЕЙ ГРУППЫ

К третьей аналитической группе катионов относятся катионы Са²⁺, Ва²⁺, Sr²⁺.

Групповым реактивом на катионы этой группы является кислота серная или её растворимые соли. Катионы третьей группы при взаимодействии с ней образуют нерастворимые в воде, в минеральных кислотах и щелочах осадки.

Для проведения анализа смеси катионов третьей группы после их осаждения нерастворимые сульфаты переводят в карбонаты, которые затем растворяются в кислотах.

Растворимость сульфатов убывает от кальция к барию, поэтому насыщенный раствор кальция сульфата (известковая вода) является реактивом на стронций, а насыщенный раствор стронция сульфата – на барий.

РЕАКЦИЯ 1.1. БАРИЙ под действием кислоты серной моментально образует белый кристаллический осадок даже из разбавленных растворов:

Ва(NO₃)₂ + H₂SO₄  BaSO₄ + 2HNO₃

Образовавшийся осадок не растворяется в кислотах и щелочах.

В присутствии солей стронция и кальция определить барий по этой реакции можно, добавив незначительное количество калия перманганата, который, окрашивает осадок в фиолетовый цвет. Раствор обесцвечивается от прибавления нескольких капель раствора перекиси водорода, окраска осадка сохраняется.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора бария нитрата и прибавляют 3-5 капель кислоты серной. Выпадает белый кристаллический осадок.

РЕАКЦИЯ 1.2. СТРОНЦИЙ под действием кислоты серной постепенно образует белый кристаллический осадок:

Sr(NO₃)₂ + H₂SO₄  SrSO₄ + 2HNO₃

Образовавшийся осадок не растворяется в кислотах и щелочах.

В присутствии солей стронция осадок будет выпадать под действием гипсовой воды и аммония сульфата (в отличие от солей кальция).

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора стронция нитрата и прибавляют 3-5 капель кислоты серной. Выпадает белый кристаллический осадок.

РЕАКЦИЯ 1.3. КАЛЬЦИЙ под действием кислоты серной постепенно образует белый кристаллический осадок:

СаCl₂ + H₂SO₄  СаSO₄ + 2HCl

Осадок не растворяется в кислотах и щелочах.

Даже в растворах с высокой концентрацией не происходит полного осаждения кальция, поэтому используют приём замены растворителя – добавляют к раствору равное количество спирта этилового. В этом случае достигается увеличение полноты осаждения.

ХОД ОПЫТА. В пробирку помещают 3-5 капель раствора кальция хлорида и прибавляют 3-5 капель кислоты серной. Происходит образование белого осадка, количество которого увеличивается при добавлении к раствору 0,5 мл спирта этилового.

 Сделайте вывод об условиях разделения и открытия катионов третьей группы по вышеприведённым реакциям.